天然橡膠替代資源開發(fā)現(xiàn)狀及前景分析

李業(yè)海?張琪昕?魏孔亮 劉俊良 崔志富

摘要：對較具代表性的銀菊、杜仲及蒲公英橡膠草的開發(fā)歷程及現(xiàn)狀進行闡述，指出天然橡膠替代資源開發(fā)存在的困難，分析該領(lǐng)域的前景并提出發(fā)展對策。

關(guān)鍵詞：天然橡膠;替代資源;開發(fā)現(xiàn)狀;前景分析;對策

天然橡膠是重要的戰(zhàn)略資源，廣泛應(yīng)用于工業(yè)、國防、交通、民生、醫(yī)藥、衛(wèi)生等領(lǐng)域，直接關(guān)系到一個國家的經(jīng)濟發(fā)展、政治穩(wěn)定和國家安全。其中，30%自給率是國際公認一個國家橡膠產(chǎn)業(yè)最基本的安全保障線，但由于中國當前橡膠工業(yè)快速發(fā)展，導致國內(nèi)耗膠量不斷上升，從1998年開始自給率不斷降低，在2005年首次跌破安全線時的28%，直線下跌到2014年的19%[1]。而在天然橡膠產(chǎn)量方面，由于傳統(tǒng)的巴西三葉橡膠樹單株產(chǎn)量提升空間已經(jīng)十分有限，加上投機炒作常常令天然橡膠價格上下波動;另外，合成橡膠價格隨直接掛鉤的國際油價不斷變化;從控制資源角度及穩(wěn)定價格角度來說，尋求其他資源替代天然橡膠，仍然是未來全球橡膠業(yè)可持續(xù)發(fā)展的一個重要課題。長期以來，為打破地域束縛桎梏，不少非植膠區(qū)國家及需求量大的地區(qū)很早就展開了天然橡膠替代資源的開發(fā)研究，從近2000多種含膠植物中挑選出較具代表性的銀菊、杜仲及蒲公英橡膠草，在其種植撫管模式、膠乳提煉技術(shù)和綜合開發(fā)應(yīng)用等方面取得了一定研究進展，此舉對開發(fā)生物基橡膠，實現(xiàn)天然橡膠多元化發(fā)展具有積極意義。

1? 天然橡膠替代資源開發(fā)現(xiàn)狀

1.1? 銀菊橡膠

1.1.1? 基本概況

銀菊橡膠存在于一種多年生灌木植物銀菊，主產(chǎn)區(qū)位于前蘇聯(lián)、中美洲墨西哥等地，后經(jīng)人工栽培種，2～4年后即可收其莖和根，經(jīng)機械粉碎、化學溶劑抽提膠乳制得。

1.1.2? 發(fā)展歷程

墨西哥印第安人在1852年發(fā)現(xiàn)可從銀膠菊中提取橡膠物質(zhì)，并在1876年展出了樣品，而1904年創(chuàng)立的國際橡膠公司是銀菊膠最早的生產(chǎn)單位;二十世紀的二十年代，美國和蘇聯(lián)在其屬地內(nèi)推廣種植，其中第二次世界大戰(zhàn)期間美國制訂了橡膠應(yīng)急計劃，銀菊橡膠得到大力發(fā)展，但之后因為馬來西亞地區(qū)三葉膠增產(chǎn)等原因，銀菊膠的生產(chǎn)進入快速衰退期[2]。

1.1.3? 開發(fā)現(xiàn)狀

許多國家看好銀菊橡膠是最好的替代資源。主要因為銀菊橡膠成分里沒有蛋白質(zhì)，屬于替代非致敏天然橡膠的最優(yōu)選擇 [3]。2000年開始，開發(fā)無過敏性反應(yīng)的天然膠乳被列入美國農(nóng)業(yè)研究機構(gòu)項目發(fā)展計劃[4]。日本普利司通公司為實現(xiàn)輪胎原料100%可持續(xù)化，對以銀菊為代表的各種生物材料進行研發(fā) [5]。2010年初，銀菊膠和蒲公英替代三葉天然膠的研究被列入“歐盟第七框架計劃”[6]。近年來，銀膠菊綜合開發(fā)也取得很大進展。銀膠菊的樹脂提取用于粘合劑和制造涂料后，用剩余不含樹脂的部分提取橡膠，提膠后的余渣可用來生產(chǎn)建筑材料、復合板及用作肥料等[6];而樹脂和膠乳分離后，可以從樹脂中回收脂肪酸、萜類化合物等，膠渣可轉(zhuǎn)化為生物能源，經(jīng)發(fā)酵可轉(zhuǎn)化為乙醇，經(jīng)裂解可制成生物燃料，經(jīng)汽化可生成合成氣，燃燒用于發(fā)電，等等[7]。

1.2? 杜仲橡膠

1.2.1? 基本概況

杜仲是優(yōu)質(zhì)膠源樹種，其橡膠存在于杜仲樹的葉、皮、根中。中國擁有全球95%以上的杜仲資源，秦嶺山中的略陽縣是我國最大的杜仲基地，共有3.87萬hm2，1.3億株優(yōu)質(zhì)杜仲資源。杜仲膠和產(chǎn)于三葉橡膠樹的天然橡膠，化學成份相同，但分子結(jié)構(gòu)不同，杜仲膠為反式聚異戊二烯，天然橡膠為順式聚異戊二烯[8]。

1.2.2? 發(fā)展歷程

上世紀五十年代初，我國組織專家在青島二廠開展杜仲代替天然橡膠研究，直到1981年，中國科學院化學所首次將合成杜仲膠制成彈性體，隨后制造出了以杜仲膠和順丁膠混合的摩托車外胎;1996年，國家在北京順義建設(shè)了一個精膠示范廠，在遵義、略陽等地建設(shè)了粗膠示范廠; 2010年年底，杜仲產(chǎn)業(yè)促進工作委員會在中國橡膠工業(yè)協(xié)會的支持下成立[9]，;該促進會于2011年成立我國第一個杜仲產(chǎn)業(yè)戰(zhàn)略聯(lián)盟組織，推動我國杜仲橡膠產(chǎn)業(yè)化進程。同年4月，國家發(fā)改委將“杜仲種植生產(chǎn)”和“新型天然橡膠的開發(fā)和應(yīng)用”列入產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整目錄（2011本）的鼓勵類目錄中。

1.2.3? 開發(fā)現(xiàn)狀

在資源培育方面，目前有6個高產(chǎn)膠杜仲良種被中國林業(yè)科學研究院牽頭選育，采用果園化栽培技術(shù)，杜仲產(chǎn)果量比傳統(tǒng)栽培模式提高40倍，產(chǎn)膠量達400kg/hm2[10];在加工應(yīng)用方面，杜仲膠擁有優(yōu)異的耐磨性以及耐疲勞性，是具備較大發(fā)展?jié)摿Φ奶烊幌鹉z替代資源;在產(chǎn)業(yè)化研究方面，具有完整自主知識產(chǎn)權(quán)的杜仲材料科學產(chǎn)權(quán)體系已經(jīng)形成，該體系在中國具備了產(chǎn)業(yè)化的基本條件并領(lǐng)先于全世界。

目前，熱塑性杜仲膠應(yīng)用已十分廣泛，主要用于生產(chǎn)骨科外固定材料、假肢套以及運動護具、醫(yī)療保健品等，具有衛(wèi)生、輕便、透X光，操作簡便、物美價廉等優(yōu)點，比進口的其他高分子代石膏材料更受歡迎。利用聚乙烯與杜仲膠有很好的共混相容性，加工成薄膜可與金屬很好粘合，并且具有很好的透雷達波性能，進行合成孔隙雷達波導天線密封用的透雷達波材料研究，可促進軍工的發(fā)展[11]。

1.3? 蒲公英橡膠

1.3.1? 基本概況

蒲公英橡膠由草本植物青膠蒲公英的膠乳制得，該橡膠草性耐寒，原產(chǎn)前蘇聯(lián)，生膠集中于根部皮中的乳汁內(nèi)，約占8%～10%。工業(yè)用生膠，一般含橡膠烴80%～86%、樹脂10%～11%，其硫化膠的物理化學性質(zhì)近于煙片膠，但耐熱性和定伸強度很低[12]。

1.3.2? 發(fā)展歷程

受地域限制，天然橡膠研究計劃在很多非植膠區(qū)國家相繼提出，比如美國“卓越計劃”、歐盟“珍珠計劃”等;2012年，日本通過自主研發(fā)提膠技術(shù)，成功地將哈薩克斯坦等地原產(chǎn)的蒲公英根部的天然橡膠提取出來用于制作輪胎 [13]。同年，中國開始進入蒲公英橡膠研究領(lǐng)域標志是北京化工大學與山東玲瓏輪胎簽署了開發(fā)蒲公英橡膠的合作協(xié)議[14]，2015年，在雙方主導下成立了“蒲公英橡膠產(chǎn)業(yè)技術(shù)創(chuàng)新戰(zhàn)略聯(lián)盟”，我國進入蒲公英橡膠產(chǎn)業(yè)商業(yè)化快車道。